信蓮蓮

摘要：為了實(shí)現(xiàn)變電站巡檢全覆蓋。本文設(shè)計(jì)了兩款智能化、可控化、信息共享化的變電站智能巡檢機(jī)器人，兩款機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遍歷變電站、站內(nèi)隧道、變電站內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)、變電站內(nèi)畫面拍攝、檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳等功能。綜合變電站巡檢機(jī)器人能滿足“智慧城市”對(duì)于變電站內(nèi)部環(huán)境及管線的檢測(cè)要求。彌補(bǔ)變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式監(jiān)控模式。開發(fā)潛力大，具有很高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智慧城市;變電站巡檢;自動(dòng)遍歷隧道;移動(dòng)式監(jiān)控

一、前言

變電站采用人工定期巡檢并結(jié)合變電站監(jiān)控系統(tǒng)反饋的監(jiān)控報(bào)警信息，進(jìn)行日常管理及維護(hù)，然而，變電站一般具有設(shè)備多、距離長(zhǎng)及環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，人工巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，且不利于巡檢人員的身心健康。此外，變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能做到定點(diǎn)監(jiān)控，存在監(jiān)控盲區(qū)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了變電站智能巡檢機(jī)器人，相對(duì)于人工巡檢，具有以下優(yōu)勢(shì)：

第一，可以有效減輕傳統(tǒng)的人工巡檢的巡檢人員負(fù)擔(dān)。工作人員利用機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)互連功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，通過遠(yuǎn)程控制機(jī)器人就能完成巡檢工作，不僅工作量減少，而且遠(yuǎn)離惡劣環(huán)境有益于身心健康。第二，變電站巡檢機(jī)器人嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化操作，既能準(zhǔn)確、客觀地反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，又能消除不可抗力因素導(dǎo)致的運(yùn)維失誤，同時(shí)永不疲倦地作業(yè)，極大提升了巡檢質(zhì)量和效率。另外，作為移動(dòng)式監(jiān)控模式，還可以彌補(bǔ)綜合變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷，進(jìn)一步提高了綜合變電站的監(jiān)控管理能力。第三，變電站巡檢機(jī)器人能取代原有的大量檢測(cè)設(shè)備，同時(shí)只需聘用少量技術(shù)和管理人才，會(huì)減少人力資源成本、復(fù)雜的人員協(xié)調(diào)和溝通成本?？傊?，變電站巡檢機(jī)器人在變電站的應(yīng)用，是一種新型智能化巡檢模式。

二、設(shè)計(jì)方案

我們?cè)O(shè)計(jì)了兩款智能化、可控化、信息共享化的機(jī)器人，分別是Hound與Elfin，兩款機(jī)器人根據(jù)變電站環(huán)境和尺寸可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遍歷變電站、隧道、變電站內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)、變電站內(nèi)畫面拍攝、檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳等功能。與Elfin巡檢機(jī)器人相比，Hound巡檢機(jī)器人體積較大，但具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，機(jī)器人對(duì)地下綜合變電站信息的日常收集與匯編，將不同坐標(biāo)位置的變電站情況整理上傳，與Hound相比，Elfin巡檢機(jī)器人體積小，靈活性較強(qiáng)，適合在地下綜合變電站中狹小空間的巡檢工作，當(dāng)?shù)叵戮C合變電站中出現(xiàn)問題時(shí)，Elfin巡檢機(jī)器人能夠快速到達(dá)故障點(diǎn)巡檢，可以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)、變電站內(nèi)畫面拍攝、彩色圖像傳輸、溫濕度和有害氣體數(shù)據(jù)上傳等功能。實(shí)現(xiàn)遙控巡檢、應(yīng)急事故處理、例行巡檢、設(shè)備精確測(cè)溫、特殊巡檢、遠(yuǎn)程監(jiān)控指揮等任務(wù)。實(shí)現(xiàn)信息共享，進(jìn)一步提高地下綜合變電站監(jiān)控管理能力。

本項(xiàng)目的創(chuàng)新在于通過Hound與Elfin巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了巡檢工作的自動(dòng)化、信息化。取代原有的大量檢測(cè)設(shè)備并減輕工作人員的任務(wù)量，實(shí)現(xiàn)變電站巡檢全覆蓋。變電站巡檢機(jī)器人為了實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部無軌運(yùn)動(dòng)，采用定位裝置與運(yùn)動(dòng)控制裝置相結(jié)合的方法，對(duì)變電站內(nèi)部的每個(gè)路段進(jìn)行編碼。機(jī)器人搭載的射頻卡識(shí)別裝置可判斷出當(dāng)前所處路段，結(jié)合給定路徑控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向。

三、實(shí)施方案

立足于變電站巡檢，整個(gè)巡檢系統(tǒng)可分為前端巡檢工作層、中間通信服務(wù)層及后臺(tái)監(jiān)控管理層。前端巡檢工作層的包括兩個(gè)巡檢機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)及地下綜合變電站中的配套設(shè)施（如磁軌、智能攝像設(shè)備等）;中間通信服務(wù)層包括通信網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)中繼站及專用充電插槽等，為智能巡檢機(jī)器人提供通信網(wǎng)絡(luò)、充電等配套服務(wù)。后臺(tái)監(jiān)控管理層位于綜合變電站控制中心，主要由工作站、服務(wù)器、存儲(chǔ)器及展示設(shè)備等組成。具體研究?jī)?nèi)容包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)和配套軟件設(shè)計(jì)三個(gè)主要部分。其中，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括本體設(shè)計(jì)、材料選擇、模塊飛線;電路設(shè)計(jì)包括導(dǎo)航與定位設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)、智能充電管理技術(shù)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì);配套軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)、集控站設(shè)計(jì)以及相應(yīng)模塊的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。

Hound機(jī)器人包括控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航定位裝置、管線檢測(cè)裝置、通訊裝置、電源管理系統(tǒng)。Elfin機(jī)器人包括控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣體檢測(cè)裝置、溫濕度檢測(cè)裝置、導(dǎo)航定位裝置、通訊裝置、電源管理系統(tǒng)。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了電腦上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。機(jī)器人本體、巡檢區(qū)域的工況信息及異常狀況均可通過電腦上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并可以遠(yuǎn)程控制操作Hound巡檢機(jī)器人。另外，在電腦上位機(jī)界面具有巡檢狀態(tài)提示。Hound巡檢機(jī)器人能夠沿著磁軌巡檢，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且位于頭部的攝像頭可以多角度旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人將檢測(cè)到關(guān)于設(shè)備的可見光圖像/視頻等信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)娇刂贫擞?jì)算機(jī)。

機(jī)器人將檢測(cè)到關(guān)于設(shè)備的紅外熱圖像經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)通道傳輸?shù)娇刂贫擞?jì)算機(jī)。對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行分析后，若發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度超過該設(shè)備預(yù)設(shè)允許的最高運(yùn)行溫度，巡檢機(jī)器人會(huì)立即發(fā)出警報(bào)。

Elfin巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了Android版本手機(jī)APP遠(yuǎn)程在線監(jiān)控功能（如圖5）。機(jī)器人本體、巡檢區(qū)域的工況信息及異常狀況均可通過手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并可以遠(yuǎn)程控制操作Elfin巡檢機(jī)器人。利用機(jī)器人中彩色CMOS型圖像采集集成芯片結(jié)合視頻圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)地下綜合變電站中的表計(jì)，包括壓力表、溫度表、數(shù)顯表、液位計(jì)、軸承油位、避雷器泄漏電流和動(dòng)作次數(shù)、電氣開關(guān)和閥門狀態(tài)等示值和位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，對(duì)管線進(jìn)行外觀對(duì)比判別，自動(dòng)記錄并生成報(bào)表，并經(jīng)計(jì)算、判斷后發(fā)出報(bào)警，同時(shí)實(shí)時(shí)拍照和錄像至后臺(tái)，滿足運(yùn)行人員隨時(shí)調(diào)用查看的功能。

機(jī)器人具備手動(dòng)遙控巡檢和溫濕度自動(dòng)采集兩種功能，通過溫濕度傳感器可測(cè)量地下綜合變電站中一定面積管線的整體溫濕度（傳感器測(cè)量的溫濕度為視場(chǎng)里所有物體溫濕度的平均值），并通過一定格式打包發(fā)送至手機(jī)APP。另外，可以人工設(shè)定最大溫度值T_max，通過比較采集結(jié)果T_get與T_max的大小，判斷是否出現(xiàn)管線過熱過濕現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)在xx路段測(cè)得的error進(jìn)行積分，可以讀取發(fā)生過熱過濕情況的故障點(diǎn)數(shù)量。通過機(jī)器人的智能分析識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

四、結(jié)論

變電站巡檢機(jī)器人可取代變電站內(nèi)部的大量檢測(cè)設(shè)備，節(jié)約設(shè)備成本。彌補(bǔ)變電站監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式監(jiān)控模式。開發(fā)潛力大，具有很高的推廣價(jià)值。它的應(yīng)用可以節(jié)省大批人力物力，節(jié)省的成本大于自身成本，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的推廣應(yīng)用。變電站巡檢機(jī)器人可將工作人員從繁雜的檢測(cè)工作中解放出來，保障工作人員身體健康，同時(shí)提高巡檢效率。

參考文獻(xiàn)

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